专利名称：火电机组运行能耗实测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种对能耗的测量、计算、分析及监控的系统，尤其涉及一种火电机组 运行能耗实测系统。
背景技术：
目前对于机组效率实时计算系统较多的是根据现场的实际测点进行计算，往往会因为实 际测点不满足实际模型的要求，在监控过程中较多的采用了简化模型，导致了监控结果存在 着较大的误差，同时，导致了不同厂里所监控的性能结果没有任何的可比性。发明内容1、 所要解决的技术问题本发明所要解决的技术问题是提供一种稳定、应用能力强、计算结果准确且适合于不同 厂的火电机组运行能耗实测系统。2、 技术方案本发明包括数据端、数据计算服务器、数据分析服务器、数据计算服务器从数据端读取 数据的接口装置l、数据计算服务器与数据分析服务器之间的接口装置2、客户端和接口，客 户端可从数据分析服务器传输过来的数据进行读取。数据端的计算数据来源包括测量仪表、 DCS系统数据和其它系统数据；测量仪表中包括媒质在线分析仪、烟气在线分析仪以及灰渣 含碳量在线检测装置。数据分析服务器中包括报表考核、节能发电调度、实时监管、运行 优化、性能试验；实时监管包括在线寻优单元。接口装置1可为RS485、 RS422、 0PC、 0PC/IP 多种不同的通讯协议接口装置。3、 有益效果本发明通过对机组各部分、机组整体以及全厂整体的能耗情况进行实测，将实测结果数 据通过多种形式的分析，最终将分析结果以多种形式反映到用户，提高了本系统的应用能力。由于在数据端中的线测量仪器,且在线计算模型选择了 GB PTC,对系统中所需测点进行了 较统一的规范，保证了计算的精度，保证了不同厂方之间的计算结果的可比性，为对机组运 行性能的准确评价提供了可靠的依据；实时监控中通过对机组整体性和局部性的效率分析(在线寻优)，提供不同情况下用于计 算效率的各个参数值以及控制参数值，极大地提高了运行操作人员对机组运行过程中整体和局部运行经济性分析的协调分析和操作能力，对运行操作具有实际的指导意义，从而为降低 机组运行煤耗提供了有效的分析方法。本系统将服务器分为两层数据计算服务器和数据分析服务器， 一方面保证了服务器的 负荷不至于过重，确保了服务器运行的稳定性；另一方面，避免了大数据帧的传输误码率。
图l为本发明的结构框图。图2为本发明的详细结构框图。 图3为本发明的数据库结构框图。 图4为本发明在线计算详细结构框图。图5为锅炉部分及其各项热损失和机组整体效率在线寻优流程图。 图6为汽轮机部分及整体效率及加热器热经济性在线寻优流程图。
具体实施方式
图1，本系统为四层拓扑结构，第一层为数据端，第二层为数据计算服务器，第三层为数 据分析服务器，第四层为客户端。由于第一层中各种数据端可能有多种不同的接口方式，这些不同的接口方式包括了 RS485、 RS422、 0PC、 0PC/IP等多种不同的通讯协议，所以在第一层与第二层之间加上了一 个接口装置1，该接口装置提供了支持多种通讯协议且包含了多个接口的装置，从而能够从 所有的数据端接收数据，该装置通过接收各个数据端的数据，再将这些数据进行整合后通过 RS485、 RS422、 0PC、 0PC/IP等这些方式中的一种方式将数据传送到数据计算服务器。第二层与第三层之间的数据传输属于点对点的数据传输，因此，在保证较高的传输速率 的前提下，可以采用任意一种较简单的数据传输方式。第三层与第四层之间属于一点对多点的数据传输连接,采用的接口方式可以选择RS485、 RS422、 0PC、 0PC/IP等，这些数据传输协议均能够满足一点对多点的数据传输。图l、图2，第一层的数据端中包括多种数据源，这些所有数据源构成了本系统的标准输 入数据，这些数据源可以分为两种类型， 一种是火电厂中本身具有的数据DCS系统数据和 其它系统数据，另一种是根据模型计算的需要，在火电厂中本身并不具有的数据测量仪表 所提供的数据，该测量仪表属于本系统的一部分，通过加装所需测点，从而使得数据源为标准的输入数据；第二层为数据计算服务器，该部分可以分为两方面， 一方面是对采集到的数据进行预处 理，该部分保证了系统后面各层所处理的数据是准确可靠的；另一方面是通过读取经过预处 理后的数据，实现对机组各部分、机组整体和电厂整体的能耗热经济性在线计算。该部分为 基础的在线计算部分，最终将计算的结果提供给下一层使用；第三层为数据分析服务器，该部分主要是针对在上一层的能耗计算结果进行分析，分析 的依据是针对各个不同部门对数据的需求，根据这些需求将分析分为四个方面报表考核、 节能发电调度、实时监管、运行优化。通过对能耗计算结果数据进行这四个方面的分析，将 分析结果进行保存，并实时地将这些数据分类别地进行发送，从而保证了不同部门能够得到 所需的数据；第四层为客户端(也可以称为终端)，客户端从第三层的数据分析服务器发送出来的数据 中读取所需数据，然后根据读取到的不同类型的数据选择不同的方式进行显示。 1、数据端数据端主要是对系统所需的数据进行了定义和规定，对这些所需点的定义和规定是根据 系统的计算模型来定的，为保证系统计算模型的准确性和可靠性，机组需要提供足够的测点 数据供给计算模型，根据汽轮机、锅炉管道部分的计算模型，对汽轮机部分的测点数据、锅 炉部分的测点数据、管道部分的测点数据进行了统一定义，这些定义的计算数据来源由三个 部分组成测量仪表、DCS系统数据和其它系统数据，DCS系统数据和其它系统数据是各电厂 中DCS系统中和其它系统中的数据，往往这些数据还不能满足系统的计算模型的需求，为此， 本系统根据计算模型的需求，对机组的测点进行了加装，也就是数据来源中的测量仪表数据。 通过这三部分的数据来源确保了本系统数据源的完整性，从而有效地避免了因为所需测点的 不足所造成的计算精度问题，确保了本系统计算的准确性。测量仪表中包括媒质在线分析仪、烟气在线分析仪以及灰渣含碳量在线检测装置，针对 计算模型中所需的温度、压力、流量等现场所不具有的数据，装置采用加装测点的方法，保 证了装置计算模型数据的完整性。对于锅炉部分的数据来源分为五个部分(1) 媒质在线分析仪，其采样周期保证在150分钟内，具体的媒质分析结果包括了燃煤发热量、挥发份、灰分、碳、水份、氢、硫。该装置从入炉煤中进行多点均匀分布取样进行分析，最终对分析结果进行分析和处理，处理方法为首先求取各个取样点分析结果的平 均值，然后，对于偏离分析结果平均值较大的值予以删除，保证分析结果具有一定的代表性;(2) 灰渣含碳量在线检测装置，其采样周期保证在10分钟之内，该装置同样可以实现多样本同时分析，该装置从四个点取样灰飞、炉渣、沉降灰和漏煤，分别对这四个点进行多点均匀分布取样分析，最终利用(1)中的方法对数据进行分析和处理；(3) 烟气在线分析仪，其采样周期保证在3分钟之内，该装置可以实现多样本同时分析， 分析结果包括了 C0、 C02、 S02、 CH4、 C凡、H2各自的所占烟气的含量，同时认为剩余气体含 量中90%为烟气中&的含量。该装置可安装在尾部烟道中，采用多点均匀分布取样分析，最 终利用(1)中的方法对数据进行分析和处理；(4) DCS和其他系统中通常已经具有一部分所需的测点，本发明系统可以直接从这些系 统中读取所需的数据；(5) 在已经取得了上面这些测点数据后，装置可能还缺少一些温度、压力、流量等测点 数据，此时则只需要安装一些基本的一级检测仪表即可，装置从这些仪表直接读取数据。对于汽轮机热效率和管道效率这两个部分所配置的测点方法为-(1) DCS和其他系统中通常已经具有一部分所需的测点，本发明系统可以直接从这些系 统中读取所需的数据；(2) 在己经取得了上面这些测点数据后，装置可能还缺少一些温度、压力、流量等测点 数据，此时则只需要安装一些基本的一级检测仪表即可，装置从这些仪表直接读取数据。2、 接口装置l因为本系统中的接口装置1提供了多种接口，该装置可以方便地在不同的火电厂进行使 用，不会受到数据接口的原因而导致系统数据的不完整性，确保了系统装置较优的兼容性， 同时，对于不同火电厂所提供的各种不同接口，该系统装置能够很快地得到对应接收接口， 从而有效地縮短了系统装置的开发周期，为规模化开发应用提供了有效的技术支持。3、 数据计算服务器数据计算服务器包括了两个部分数据预处理和效率计算模型在线计算。数据预处理是 对采集的数据进行一定的处理，效率计算模型在线计算部分是对机组的能耗进行计算的主要 部分，在下面分别对这两部分进行计算。a. 数据预处理数据预处理主要是针对采集到的数据存在着一定的误差和错误，若采用采集到的数据进 行直接计算，会导致计算误差较大，从而导致计算结果不可信，引起这些误差的原因可以总结为下面四点仪表安装位置不具有代表性；传感器的测量误差；传感器的损坏；DCS工程 值的补偿精度。本发明通过采用数据预处理中的数据滤波处理和模型在线校验处理，可以解 决上面这种误差。b. 效率计算模型在线计算对于机组能耗(或称为机组热效率、机组热经济性)的计算模型主要分为汽轮机和锅炉 两个部分。锅炉部分采用GBPTC作为计算模型，最终得出现场所需具体测点的情况。通过对计算模 型的分析和现场安装测点的具体可行性分析， 一方面保证了计算模型的精度；另一方面，将 计算模型进行了统一，保证了该装置的计算模型具有一定的通用性，对于不同厂家的计算结 果具有一定的可比性，达到了能耗准确实测的目的。汽轮机部分采用电站汽轮机热力性能验收试验规程中计算方法进行计算。 计算模型中包括了锅炉、汽轮机、加热器、辅机、厂用电、机组整体和全厂整体这七个 部分，分别从局部和整体对机组能耗和热经济性进行了计算。4、 接口装置2接口装置2是指数据计算服务器与数据分析服务器之间的接口装置，该装置只需保证两 者之间数据的准确传输以及较好的传输速率即可。5、 数据分析服务器数据分析服务器中包括了四个部分报表考核、节能发电调度、实时监管、运行优化、 性能试验。该部分主要是从数据计算服务器中取得数据，将这些效率和能耗数据进行不同功 能方面的分析，以便最终将这些分析结果数据提供给不同的部门。在下面分别对这几个部分 进行技术说明。a. 报表考核报表考核主要实现了对效率能耗数据和一次数据的统计，并通过这些数据自动生成对机组运行的各种报表，在本系统装置中提供了两方面的功能指标管理报表系统和指标竞赛模 块。指标管理报表系统包括了各值日报表、详细日报表、各值月报表、详细月报表和年度 报表。各值的日报表和月报表分别通过在线统计出各个值班的日平均值和月平均值报表，详 细日报表提供了每天每小时的平均值报表，详细月报表提供了每月每天的平均值报表。通过 在线对数据进行统计和计算，确保了生成的报表值的准确性，同时，报表的自动生成，保证 了各种考核的科学性，提高了火电厂的自动化程度。根据对不同考核数据的需求，对数据进 一步细化分为 一次指标和经济性指标。指标竞赛模块是利用了报表的统计功能，并结合了在线统计功能，对运行操作过程中的 越限次数进行记录，同时统计出指标竞赛期间的一些重要指标的平均值，根据竞赛规范自动 统计出每值在竞赛期间的得分和排名情况。b. 节能发电调度从数据分析服务器读取实际测量的在线能耗数据，对数据中能够反映机组整体经济性参 数进行统计和计算，最终通过这些实测的能耗数据对机组的性能进行评价，为节能发电调度 提供切实可靠的依据。 c.实时监管实时监管是指对能耗效率数据的实时监管，对这些数据实时监管以多种方式反映给用户， 这些方式包括了在线画面、耗差分析、历史数据再现、离线分析、在线热效率试验、设备状 态检修等功能。历史数据再现主要是指将所有运行数据和能耗计算与分析数据实时地进行记录，最终可 以通过曲线的形式，将所有历史数据以曲线变化的形式反映出来，从而可以观察出机组运行 的变化趋势。离线分析模块主要是对机组效率的一个预测模块，通过人工对参数进行设定，从而得出 离线的能耗结果，从而为机组运行给予一定的指导。设备状态检修主要是根据机组实际运行状况进行诊断，诊断依据包括了对历史性能的变 化趋势以及设备的初始性能，根据不同的状态诊断结果可以为机组的大修和小修制定切实可 行的检修计划，可以有效地避免不必要的检修。运行能耗当前值和耗差分析结果同时结合了在线寻优、准稳态理论和煤的分类等理论， 对运行最优值进行了统计和分析，最终将能耗分析结果值和耗差分析结果值以画面的形式直 接反映出来，在提供了当前值的同时，提供了当前工况下的最优值以及取得最优值时的各控 制参数的数值，为机组运行控制提供了直接的指导依据。对锅炉效率分析中，采用了在线寻优的方法，该方法结合了煤质分类理论和准稳态理论，一方面，按照煤龄因子和煤质将不同种类的燃煤进行划分归类；另一方面，采用准稳态理论， 将锅炉工况、机组工况进行分工况归类。按照统计学理论，最终在线寻优后可以得到在不同 燃煤情况下在不同工况时所能达到的最佳效率值，这些数据对于运行操作具有实际的指导意 义。图5，对于锅炉及各项热损失在在线寻优过程中采用煤质分类方法和锅炉工况分类方法， 在对机组整体效率进行在线寻优过程中采用了煤质分类方法和机组工况分类方法。统计分析 出不同燃煤下以及不同工况下的锅炉及其各项热损失和机组整体效率各自的最优值。图6，汽轮机各部分及整体效率及加热器热经济性在线寻优流程图，该部分的在线寻优只 需采用对机组运行工况进行工况分类的方法，统计出在不同工况下这些效率值所能达到的实 际最佳值。在线寻优功能中所提供的各部分数据分析结果分为三个方面(1) 效率值。效率值即为机组的整体和局部的效率值，分别提供了在线值、最优值和设 计值，提供的这三个值可以直观地看出当前机组整体及各部分运行的效率情况，从而直接评 价出其当前运行状况的优劣性；(2) 计算参数值。计算参数值是指用于计算效率参数的各个参数值，根据提供的计算参 数在线值、最优值和设计值，可以直观地看出当前效率的差异是由于那些参数的偏差所引起 的；从而对偏差的原因进行有针对性的分析；(3) 控制参数值。控制参数值是指DCS系统中对所分析效率值有直接影响的各个控制 参数值，根据所提供的控制参数在线值、最优值和设计值，同时结合分析提供的多种调整控 制方案，达到直接对这些控制参数进行分析和控制。通过在线值、最优值和设计值这三个部分数据的对比，对上面的这些参数进行分析，为 指导机组的运行操作提供了方便实用的分析途径。同时，通过对机组整体性和局部性的效率 分析，提供不同情况下用于计算效率的各个参数值以及控制参数值，极大地提高了运行操作 人员对机组运行过程中整体和局部分析的协调分析和操作能力，对运行操作具有实际的指导 意义。d. 运行优化机组的优化运行包括许多方面的优化，运行优化通常要以机组能耗的实测为基础，本系 统装置在实现了机组能耗实测的同时，将运行优化作为一辅助功能，系统装置所包含的优化 包括了凝汽器最佳真空运行、燃烧优化和吹灰优化这三个方面，运行优化是对机组运行性 能直接提高。e. 性能试验在线热效率试验可以实现热力试验的再现运行，自动生成试验报告，使运行与管理人员 随时可以了解机组及设备目前性能及运行水平，试验内容主要包括锅炉性能试验、汽轮机 性能试验、凝汽器性能试验、空气预热器性能试验等。每一项试验开始前均需保证满足一定 的试验要求，只要条件满足，试验就开始，可以按照规定的时间结束试验。 6、客户端和接口不同的部门可根据需要选择不同的方式进行查看。图3、图4，数据库中主要包括了下面的三层信息，下面分别对这三层信息进行介绍。 第一层中包括了系统各模块进程管理信息、画面显示组态信息、系统厂站信息、操作员 信息、系统表信息和表字段信息。其中前两个作为系统的管理信息，该层中的其它四个信息分别为第二层和第三层的主要信息，即第二层和第三层是从这四个信息继承的关系，第二层和第三层都是由该层信息进行初始定义。第二层中仅包含系统机组信息，该表信息是从第一层继承，通过第一层中各相关量对该 表进行了定义。第三层中均为具体的机组运行信息数据表，该表通过第一层和第二层中的信息进行定义， 表中包含了上面两层信息的定义，该层中各表的具体定义如下(1) "机组DCS在线数据"包含了两个表，第一个为直接从DCS系统读取到的在线数据 表，第二个为经过数据预处理模块处理后所生成在线数据表。系统中其他的处理模块程序均是从第二个数据表中读取数据，这保证了其它各个模块所得到的数据的准确性；(2) "机组效率在线数据"提供了在线计算得到的所有数据，包括了效率数据和耗差分析结果。在线计算程序模块从实时数据库中读取机组最优值在线数据表和经过数据预处理模 块所处理后的表中读取数据，通过前面所介绍的计算方法对机组各部分效率和耗差值进行计 算，最终将这些值存放到实时数据库中的机组效率在线数据。画面显示程序从该表中读取数 据并进行显示，同时存库程序从该表中进行读取数据并进行实时更新历史数据库。(3) "机组最优值在线数据"提供了机组运行过程中所表现出来的最优状况时的运行值。该部分数据根据第三章中的在线寻优和准稳态理论对数据进行分析，结果数据包括了两个数 据表， 一个是以机组整体性能的最优值以及最优时各运行参数的值，另一个表体现了各个子 部分性能达到最优时的性能值以及各相关影响参数的值。将效率数据和控制参数结合分析这 些数据，更加便于对机组的运行状况进行分析和总结，为将来的操作起到了指导性的意义。(4) "报表历史数据"保存了报表中所需显示的数据。报表程序从该数据表中直接读取 数据，无须经过处理直接进行读取显示，存储程序从实时数据库中的机组效率在线数据表中 以及机组DCS在线数据表中读取数据，按照机组、分班情况对数据进行统计计算，该表中的 数据为各个班的考核提供依据，同时为对历史运行过程的分析提供了依据。存储程序按小时、 日、月方式进行统计计算，即最终报表历史数据表中的信息为各班的日报表数据、月报表数 据和详细的日报表数据、月报表数据。(5) "DCS和效率历史数据"保存了机组DCS在线数据、机组效率在线数据和机组最优值 在线数据。存库程序按一定时间间隔从这些数据表中读取数据，并将这些数据存放在实时数 据库中，历史曲线程序从DCS和效率历史数据表中读取数据并进行显示，该表为历史运行过 程的真实再现提供了依据。
权利要求
1. 一种火电机组运行能耗实测系统，其特征在于本系统包括数据端、数据计算服务器、数据分析服务器、数据计算服务器从数据端读取数据的接口装置(1)、数据计算服务器与数据分析服务器之间的接口装置(2)、客户端和接口，客户端可从数据分析服务器传输过来的数据进行读取。
2、 根据权利要求1所述的火电机组运行能耗实测系统，其特征在于数据端的计算数据 来源包括测量仪表、DCS系统数据和其它系统数据；测量仪表中包括媒质在线分析仪、烟气 在线分析仪以及灰渣含碳量在线检测装置。
3、 根据权利要求1所述的火电机组运行能耗实测系统，其特征在于数据分析服务器中 包括报表考核、节能发电调度、实时监管、运行优化、性能试验；实时监管包括在线寻优 单元。
4、 根据权利要求1所述的火电机组运行能耗实测系统，其特征在于数据计算服务器包 括数据预处理单元和效率计算模型在线计算单元。
5、 根据权利要求1所述的火电机组运行能耗实测系统，其特征在于接口装置(1)可 为RS485、 RS422、 0PC、 0PC/IP多种不同的通讯协议接口装置。
全文摘要
本发明涉及一种火电机组运行能耗实测系统。本发明包括数据端、数据计算服务器、数据分析服务器、数据计算服务器从数据端读取数据的接口装置(1)、数据计算服务器与数据分析服务器之间的接口装置(2)、客户端和接口，客户端可从数据分析服务器传输过来的数据进行读取。数据端中的线测量仪器，对系统中所需测点进行了较统一的规范，保证了计算的精度，保证了不同厂方之间的计算结果的可比性；实时监管包括在线寻优单元，为降低机组运行煤耗提供了有效的分析方法；本系统将服务器分为两层数据计算服务器和数据分析服务器，一方面保证了服务器的负荷不至于过重，确保了服务器运行的稳定性；另一方面，避免了大数据帧的传输误码率。
文档编号G06Q10/00GK101266485SQ20081002331
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月8日 优先权日2008年4月8日
发明者范存海, 越 蔡 申请人:南京迪玛斯电气有限公司